Поскольку большинство бактериальных сообществ в почве служат источником питания для простейших, наличие этих одноклеточных организмов в почве сильно влияет на бактериальное разнообразие.
Не стоит бояться бактерий! Какие из них полезны для вашего сада
В любой почве можно выделить три ключевые компонента: минеральную, органическую и микробиологическую. Их оптимальное сочетание является залогом плодородия почвы. Следует отметить, что если игнорировать любой из этих факторов, то возникает парадокс: независимо от применяемых агротехнических приемов, будь то на маленьком приусадебном участке или в крупном сельскохозяйственном хозяйстве, реакция культурных растений на эти меры может быть крайне низкой.
Какие бактерии способствуют улучшению плодородия почвы?
Одним из ключевых факторов является почвенная биота — это огромное разнообразие бактерий, грибов, водорослей, которые выполняют роли реактивов, катализаторов и лаборантов в этой удивительной природной лаборатории. В здоровой и хорошо ухоженной почве количество микроорганизмов может достигать нескольких миллиардов на каждый грамм, а общая масса этих микроорганизмов составляет до 10 тонн на гектар.
Научные исследования в области почвенной микробиологии привели к созданию методов направленного функционирования микроорганизмов для повышения плодородия почвы. Эти микроорганизмы зачастую ассоциируются с бактериями, однако грибы и другие низшие растения также играют критически важную роль в поддержании биологической активности почвы. Давайте познакомимся с теми полезными бактериями, которые вызывают интерес у исследователей, разработчиков и агрономов.
Познакомимся с полезными почвенными бактериями поближе
Защищает растения от многих болезней
Bacillus subtilis — это уникальная бактерия, известная также как сенная палочка. Именно эту бактерию исследователь Фрэнсис Крик, который является одним из авторов теории панспермии, предсказывал как ключевой элемент для семян жизни благодаря ее выдающейся способности формировать устойчивые споры. B. subtilis можно найти в водной среде, воздухе и почве. Эта бактерия демонстрирует высокую адаптивность к изменениям окружающей среды. Докады исследования, исследователи расшифровали геном B. subtilis, обнаружив большое количество транспортных белков, что свидетельствует о ее высокой гибкости во взаимодействии с окружающей средой.
Эта полезная бактерия активно синтезирует более 70 различных антибиотиков, многие из которых направлены на борьбу с возбудителями серьезных болезней растений. Поэтому B. subtilis активно используется как главный компонент в микробиологических препаратах, предназначенных для защиты садовых растений.
Сенная палочка входит в состав многих микробиологических препаратов, применяемых против болезней растений
Важно отметить, что разные штаммы этой бактерии могут иметь разные уровни эффективности, даже в схожих условиях. В то же время один и тот же штамм может обладать различной спецификацией в зависимости от условий, что влияет на его способность бороться с растительными инфекциями. По этой причине разработчики препаратов всегда сопровождают их конкретными инструкциями по применению, которые могут значительно варьироваться в зависимости от производителя, хотя основа каждого из них зачастую остается одной и той же — Bacillus subtilis.
Совсем недавно в современных микробиологических продуктах начали использовать отдельные элементы B. subtilis в качестве так называемых элиситоров — это вещества, которые могут запустить иммунный отклик у растений. Растения, обработанные такими препаратами, становятся более устойчивыми к реальным патогенам, приобретая таким образом естественную защиту.
Несмотря на свою популярность среди ученых и агрономов, B. subtilis еще полностью не раскрыла все свои возможности, что делает ее предметом активных исследований, как самой бактерии, так и тех биологически активных веществ, которые она производит в процессе своей жизни.
Микроорганизмы, обнаруженные в почве
Разнообразие питательных веществ, а также основных факторов в почве создают условия для обитания разнообразной группы микроорганизмов.
Почвенные микроорганизмы делятся на семь различных категорий, среди которых бактерии, грибы, вирусы, сине-зеленые водоросли, актиномицеты, простейшие и нематоды.
Каждая из этих групп имеет свои уникальные характеристики и функции в почве, в которой они обитают.
Эти микроорганизмы можно найти не только в верхнем слое почвы, но также и на значительных глубинах до нескольких тысяч метров. Обычно количество микроорганизмов сокращается с глубиной из-за снижения содержания органических веществ в почве.
Состав микробного сообщества в почве может изменяться в зависимости от изменений в окружающей среде.
Распределение микроорганизмов также различается в разных типах почвы. Например, ризосфера — это область почвы, непосредственно окружающая корни растений и где зафиксировано большее количество микроорганизмов, чем в других частях почвы.
Ризосфера характеризуется высокой динамикой: корни растений выделяют множество веществ, что способствует повышенному числу микроорганизмов и их активности по сравнению с обычной почвой.
Бактерии в почве
Что такое бактерии?
Бактерии являются самыми мелкими и многочисленными клеточными организмами в почве. Это прокариотические организмы, которые обычно имеют размеры от 0,5 до 1 мкм в ширину и от 1 до 2 мкм в длину.
Миниатюрные бактерии, называемые ультрамикробактериями, могут достигать всего 0,3 мкм в диаметре с объемом клеток менее 0,1 мкм³.
Среди разнообразия форм клеток, включая палочковидные, сферические, спиралевидные и нитевидные, наиболее распространенной формой, которая встречается в почве, является короткий стержень (коккоидный стержень).
Бактерии представлены одной из самых обширных групп микроорганизмов, которые обитают в почве, причем большинство из них сосредоточено в ризосферной зоне.
Бактерии в ризосфере имеют большие размеры и гораздо большее соотношение грамотрицательных и денитрифицирующих бактерий по сравнению с основной почвой.
Обзор видов
Микроорганизмы, существующие в почве нашей планеты, классифицируются по различным признакам, включая способ питания, функциональные характеристики, среду обитания и другие аспекты. Животные организмы в почве представлены бактериями гниения, паразитами и симбионтами. Взаимоотношения между различными видами сапрофитов могут быть весьма разнообразными.
Микроорганизмы, которые относятся к группе одноклеточных, образующих споры, классифицируются на 12 типов. Они выделяются в зависимости от предпочтений к среде обитания.
Например, термофилы могут обитать исключительно в теплых условиях. Эти одноклеточные организмы способствуют превращению различных веществ, включая мочевину, в соединения, необходимые для роста и развития растений.
Патогенная микрофлора почвы возникает как результат ее загрязнения фекалиями. Такие микробы попадают в почву из кишечника животных или растений, участвуя в процессе гниения. Основными представителями патогенной микрофлоры служат колиформные прокариоты. При попадании в почву эти одноклеточные организмы могут сохраняться в ней долгое время при хорошем прогревании и отсутствии солнечного света.
Колиформные бактерии относятся к самым опасным микроорганизмам, так как они проникают в почву из желудочно-кишечного тракта животных.
Кроме того, особую опасность представляют бактерии, производящие высокотоксичные ферменты.
По форме клеточных стенок
Классификация почвенных бактерий на основе формы клеточных стенок была достигнута благодаря геномным исследованиям. По этому критерию ученые выделяют три типа одноклеточных:
- бациллы, имеющие форму стержня;
- кокки, с клеточками, принимающими форму сферы;
- спириллы – это микроорганизмы с спиралевидной формой.
Также выделяются сложные почвенные микроорганизмы, включая разветвленные актиномицеты.
По отношению к кислороду
В зависимости от кислорода, используемого в процессе жизнедеятельности, почвенные одноклеточные организмы делятся на следующие типы:
- аэробные — для их жизни необходим кислород;
- анаэробные бактерии уничтожаются при наличии кислорода в определенных слоях почвы.
По способности окрашиваться методом Грама
Метод Грама основывается на наличии внешней защитной оболочки, которая может либо пропускать, либо препятствовать проникновению антибиотиков и красителей в клетку бактерии. Грамположительные бактерии являются крупными почвенными микроорганизмами с толстой оболочкой, устойчивой к водному стрессу.
Грамотрицательные бактерии, напротив, — это более мелкие микроорганизмы, которые не обладают стойкостью к водному стрессу.
Наиболее распространенными грамотрицательными бактериями в почвах являются:
- псевдомонады — одиночные мелкие организмы, которые не образуют спор;
- азотобактерии — крупные подвижные свободноживущие палочки;
- клубеньковые одноклеточные;
- энтеробактерии, которые могут быть как подвижными, так и неподвижными, образуя кишечную флору млекопитающих, патогенные бактерии для растений, а также обитая в грунте и воде;
- почкующиеся организмы, представляющие собой нитрифицирующие бактерии;
- цитофаги и миксобактерии — микроорганизмы, образующие слизь и плотные тяжи.
Чем питаются?
Существует несколько способов, с помощью которых почвенные бактерии получают энергии.
Некоторые из них являются автотрофами — организмами, которые самостоятельно производят вещества для своего питания.
Другие представители этой группы используют органические соединения. Таковые называются гетеротрофами и делятся на три основных группы.
- Паразиты. Бактерии этого типа являются патогенными микроорганизмами, существующими за счет других живых организмов.
- Симбионты. Клубеньковые азотфиксирующие бактерии — организмы, обитающие в прикорневой системе растений и образующие характерные узелки. Обычно они имеют продолговатую овальную или палочковидную форму. Чаще всего они ассоциируются с бобовыми растениями: горохом, чечевицей, люцерной и другими.
- Сапрофиты — это организмы, разлагающие мертвую органику. Они обитают в верхних слоях почвы и присутствуют в большом количестве. Их жизнедеятельность приводит к разложению мертвых тканей и высокой скорости утилизации веществ. Эти бактерии предъявляют высокие требования к органике почвы и не могут существовать без азотсодержащих соединений, нуклеотидов, витаминов, белков и углеводов.
Бактерии встречаются во всех уголках нашей планеты. В почве эти одноклеточные организмы взаимодействуют с другими микроорганизмами и выполняют функции их хранителей и распространителей. Почвенные бактерии способны быстро разлагать мертвую органику и превращать ее в качественный гумус, что происходит в различных слоях почвы. Они играют крайне важную роль в круговороте веществ и без них этот процесс был бы практически невозможен.
Дополнительную информацию о почвенных бактериях можно узнать ниже.
Состав почв и здоровье человека
Под воздействием антропогенной нагрузки наблюдается снижение видов разнообразия микромицетов, которые являются обязательными компонентами почвенной микробиоты и выполняют множество важнейших функций, таких как разложение органических остатков, минерализация гумуса, формирование структуры почвы и участие в её самоочищении. К сожалению, в городских почвах наблюдается увеличение доли условно-патогенных микромицетов. Их особенностью являются специфические адаптации, позволяющие им противостоять защитным механизмам организма. Примером могут служить возбудители эмергомикроза — заболеваний, вызванных микромицетами рода Emergomyces, которые способны маскироваться при попадании в организм человека в виде спор и после трансформироваться в дрожжеподобные клетки, поражающие легочную ткань. Важно понимать, что эти свойства присущи только оппортунистическим видам микромицетов — потенциально патогенным видам, которые могут вызывать различные аллергические реакции и микозы у людей с ослабленным иммунитетом, для здорового человека они не представляют опасности.
Однако загрязненная почва может оказаться и полезной, так как является резервуаром микроорганизмов, способных разрушать токсичные вещества. Эти микроорганизмы могут стать основой для биопрепаратов, которые ускоряют разложение различных загрязнителей, включая нефтепродукты. Это свойство легло в основу метода биоремедиации — направления биотехнологии, которое использует живые организмы для борьбы с загрязняющими веществами. Суть метода заключается в том, чтобы стимулировать рост микроорганизмов, которые используют различные загрязняющие вещества, такие как пестициды, масла, растворители и прочие, в качестве источника питания и энергии.
Таким образом, несмотря на очевидную пользу, которую обеспечивают почвенные жители, необходимо помнить и о потенциальных угрозах, которые они представляют, из-за чего поддержание здоровья городской почвы и контроль антропогенной нагрузки на неё должно быть приоритетной задачей всего сообщества.
Мария Корнейкова
кандидат биологических наук, заместитель директора по научной работе АТИ РУДН, старший научный сотрудник Центра Смарт технологии устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений, старший научный сотрудник Института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН.
Болезнетворные бактерии
Не все микроорганизмы, обитающие в почве, приносят пользу человеку и животным. Существуют некоторые особенно опасные виды. Чаще всего это паразитирующие симбионты. Их вред может проявляться через возникновение тяжелых заболеваний, таких как тиф, холера, туберкулез, сибирская язва и многие другие. Эти патогенные микроорганизмы могут находиться на различных поверхностях. В природе их излюбленные места обитания — это застойные водоемы, а также организмы животных, птиц и рыб.
Сапрофиты, или бактерии гниения, наряду с другими условно патогенными микробами, попадая в организм человека из окружающей среды, могут при определенных условиях вызвать тяжелые заболевания как у людей, так и у животных. Особенно подвержены таким воздействиям люди с ослабленным иммунитетом, а также те, кто страдает от авитаминоза, неврозов и хронического переутомления. Иногда заболевания, вызванные резидентной микрофлорой, могут привести к летальным исходам.
Сапрофитные микроорганизмы, попадая в организм человека, могут вызвать бактериальный шок, который развивается на фоне поступления в кровоток значительных количеств условно патогенных микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Обычно это явление наблюдается при длительных инфекционных процессах.
Часто представители резидентной почвенной микрофлоры становятся причиной возникновения гнойно-воспалительных процессов и абсцессов в организме.
Однако отрицательное воздействие, оказываемое условно патогенными микроорганизмами, на организм живых существ возможно только при наличии условий, способствующих их жизнедеятельности. В то же время, для улучшения земель, их обогащения и минерализации такая микрофлора является необходимой. Ведь без нее почвы перестанут быть плодородными, что, безусловно, негативно скажется на естественном круговороте жизни на Земле.
Борьба с вредоносными гостями
Существует общеизвестный факт, что сапрофиты, попадая в продукты питания, вызывают их гниение. Обычно этот процесс сопровождается активным выделением токсичных веществ для человека, таких как сероводород и аммиак. Широкие углеводы могут подвергаться нагреванию, что иногда приводит к самовозгоранию. По этой причине человек разрабатывает методы, создающие условия, в которых микроорганизмы, вызывающие гниение и разложение, теряют способность к размножению или вовсе погибают. К таким мерам относятся пастеризация, стерилизация, соление, копчение, кипячение, консервирование и сушка продуктов.
Почвенные микроорганизмы способствуют быстрому разложению неживой органической материи, в результате чего образуется высококачественный гумус в различных слоях почвы, который необходим для нормального роста растений. Некоторые бактерии способны ассимилировать почвенные источники азота, фосфора и железа, а также трансформировать или перераспределять метаболиты между различными частями растения. Эндофитные микроорганизмы, обитающие во внутренних слоях корней растений, оказывают значительное влияние на их рост и развитие. Эта группа бактерий не только эффективна против патогенных микроорганизмов, но и может синтезировать для растения витамины и гормоны. По этой причине важность почвенной микрофлоры сложно переоценить.
